Modelli di trasporto reattivo per la valutazione di processi di attenuazione naturale delle contaminazioni da composti organo-clorurati in acque sotterranee

Groundwater pollution is one of the main environmental issues. The choice of the most suitable remediation techniques is nowadays oriented towards non-invasive and cheaper technologies, such as bioremediation techniques. One of these methodologies is the Monitored Natural Attenuation (MNA), that in Italy is often used for residual contaminations or low concentration values in the groundwater. The MNA is based on the continuous monitoring of the concentration over time at different monitoring points in aquifer and on the proof of an effective attenuation of pollutant concentrations due to the biodegradation in the site. Therefore, a detailed site characterization is important in order to achieve an accurate understanding and evaluation of the natural attenuation processes occurring in the site. This thesis involves the set-up of a numerical Reactive Transport Model (RTM) in groundwater, able to provide a complete overview of the natural processes active in groundwaters contaminated by chlorinated solvents. The contaminated site reproduced in the model is characterized by the presence of chlorinated ethenes (Trichloroethylene, 1,2-cis-Dichloroethylene and Vinyl Chloride), that were detected in concentrations higher than the legal limit (established by the Italian D.Lgs. 152/2006). Because of the model implementation, many hydrogeological, hydrochemical and isotopic (Compound-Specific Isotope Analysis) information about the site were collected and analyzed. The numerical code used for the model is PHREEQC, whose reliability was tested comparing the results with the analytical code BIOCHLOR for a benchmark case. After the site-specific model implementation, a Trial and Error calibration was carried out on the degradation rates and the enrichment factors, comparing the modeled concentrations and isotope ratios with the in-situ measured data. The comparison between the modeled and measured concentrations showed a good agreement, therefore the model was used for forecast purposes. Assuming a future remediation scenario of the contamination source, an estimate of the remediation time through biodegradative processes active in the area was provided.

La contaminazione delle acque sotterranee è ad oggi uno tra i principali problemi ambientali. La scelta delle tecniche di bonifica maggiormente idonee alla risoluzione di questa problematica è attualmente orientata verso approcci poco invasivi ed economici, come le tecniche di biorisanamento. Una di queste tecniche è l’Attenuazione Naturale Monitorata (dall’inglese Monitored Natural Attenuation, MNA), che in Italia viene spesso utilizzata quando si una contaminazione residua o valori di concentrazione degli inquinanti in falda non elevata. La MNA si basa sul costante monitoraggio nel tempo delle concentrazioni di inquinante in falda in diversi punti di misura e sulla dimostrazione della riduzione di contaminazione ad opera di processi biodegradativi. Perciò, è di fondamentale importanza una dettagliata caratterizzazione preliminare del sito contaminato, al fine di fornire un’accurata stima e valutazione dei processi di attenuazione naturale verificatisi in sito. Il presente lavoro di tesi prevede l’elaborazione di un modello numerico di trasporto reattivo (RTM) in falda, in grado di fornire un inquadramento complessivo dei processi naturali in atto nelle acque sotterranee contaminate da solventi clorurati. Il sito d’indagine implementato nel modello numerico è caratterizzato dalla presenza di etileni clorurati (TCE, cis-DCE e VC), che sono rilevati in concentrazioni ben superiori rispetto al proprio limite di legge (stabilito dal D.Lgs. 152/2006). Per la costruzione del modello di trasporto reattivo, lo studio si è avvalso di informazioni riguardanti le caratteristiche idrogeologiche del sito, di indagini idrochimiche e di un’analisi isotopica (CSIA, dall’inglese Compound-Specific Isotope Analysis). Il codice numerico utilizzato per la modellazione è PHREEQC, la cui affidabilità è stata innanzi tutto valutata mediante un confronto con i risultati ottenuti dal codice analitico BIOCHLOR per un caso di esempio teorico. Dopo l’implementazione del modello in PHREEQC, è stata effettuata una calibrazione di tipo Trial and Error delle costanti di degradazione e dei fattori di arricchimento isotopici, confrontando le concentrazioni ed i rapporti isotopici restituiti dal modello con i dati misurati in-situ. Il confronto tra le concentrazioni simulate e quelle reali ha mostrato un’ottima corrispondenza, quindi si è sfruttato il modello per scopi previsionali. Ipotizzando infatti un determinato scenario di bonifica della sorgente di contaminazione, si è fornita sia una stima dei tempi di bonifica tramite i processi biodegradativi attivi nell’area.